DE1501658C - Tauch Heißgas Wärmeaustauscher - Google Patents
Tauch Heißgas WärmeaustauscherInfo
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Description
F i g. 2 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch das in F i g. I dargestellte Gerät nach seinem Zusam-
doch festgestellt, daß ein größerer Brenner eine
erhebliche Vergrößerung des Brennerrohrs (Gas- 4° menbau;
schacht) erforderlich macht, so daß diese konstruk- F i g. 3 zeigt eine Draufsicht auf das Gerät;
erhebliche Vergrößerung des Brennerrohrs (Gas- 4° menbau;
schacht) erforderlich macht, so daß diese konstruk- F i g. 3 zeigt eine Draufsicht auf das Gerät;
tive Lösung unpraktisch oder unzweckmäßig wird. Fig.4 stellt in größerem Maßstab einen Quer-
Wenn nämlich die Länge des Brennerrohrs ver- schnitt nach der Linie 4-4 in F i g. 2 dar;
größert wird, ist auch eine Erhöhung des Wasser- Fig. 5 zeigt einen senkrechten Schnitt nach der
größert wird, ist auch eine Erhöhung des Wasser- Fig. 5 zeigt einen senkrechten Schnitt nach der
spiegeis im Tank erforderlich, um das nach unten 45 Linie 5-5 in F i g. 4.
gerichtete Rohr wirksam kühlen zu können; hierbei Aus den Zeichnungen ist zu ersehen, daß der
wird aber in nachteiliger Weise zur Überwindung des Wärmeaustauscher einen rechteckigen Tank 10 aufhöheren
Wasserdrucks im Tank auch ein höherer weist. Selbstverständlich kann der Tank jede belie-Druck
der Verbrennungsgase erforderlich. bige andere Gestalt haben; der Tank 10 dient zur
Im Hinblick hierauf soll die vorliegende Erfindung 5° Aufnahme einer gewissen Menge Wärmeaustauscheinen
Tauch-Hcißgas-Wärnicaustauscher hoher Lei- flüssigkeit, z. B. Wasser, sowie einer Vielzahl von in
seinem Inneren anzuordnender Elemente. Der Tank kann entweder über dem Erdboden auf Beinen Il
aufgestellt werden oder — wenn er entsprechend konstruiert ist — in den Boden eingelassen sein.
Im Inneren des Tanks ist auf dessen Boden ein Tragrahmen 20 mit Ständern 21 gelagert, wobei diese
Ständer aus Rohr- oder Winkelprofilen bestehen; mit den Ständern 21 ist ein oberer Rahmen 22 verbun-
stungsfähigkeit schaffen, bei dem zwar die Wärmcaustauschprinzipieh
deserwähntenStandesderTechnik
angewendet werden, der jedoch eine leistungsfähigere Bauart ohne die erwähnten Nachteile aufweist.
Ausgehend von der Konstruktion eines Wärmeaustauschers gemäß dem erwähnten Stande der Technik
soll die Erfindung einen derartigen Wärmeauslauscher
schallen, dessen Tankgröße im Vergleich zu
eineni Wärmeaustauscher mit einem einzelnen großen 60 den. Im Inneren des Tragrahmens 22 befindet sich
Brenner gleicher Leistungsfähigkeit insgesamt wesent- eine Tauchwand 24, die aus rundum laufenden und
lieh kleiner ist. nach unten hängenden Seitenwänden 25 bestellt. Die
Die vorliegende Πι (hulling soll ferner einen Tauch- Tauchwand weist eine Oberkante 27 und eine Unter-
Heißgas-Wärmeaustauscher hoher Leistungsfähigkeit kante 26 auf, die oberhalb des unteren Hndes der
schaffen, bei dem das senkrechte Gasaustrittsrohr 65 Ständer 21 und somit oberhalb des Tankbodens liegt,
(Gasschacht oder Mantel) geringere Länge hat und dennoch die Leistungsfähigkeit einer Einheit mit
einem ein/einen Brenner erreicht wird.
so daß ein Flüssigkeitsdurchgang unter der Tauchwand verbleibt. Im Inneren der Tauchwand 24 ist ein
Schacht oder Mantel 40 montiert, der umlaufende.
nach unten hängende Seitenwände 41 und eine obere Tragvorrichtung 42 aufweist; diese besteht aus Längs-
und Quertragstäben 43 und 44, die am Rahmen 22 befestigt sind und von diesem getragen werden.
Aus den F i g. 4 und 5 ist zu ersehen, daß der Mantel 40 mehrere nach unten ragende Brenner 50
(im vorliegenden Falle in Längsrichtung des Mantels drei Brenner hintereinander angeordnet) trägt, die
heiße Verbrennungsgase nach unten in den Mantel und durch zahlreiche Öffnungen 45 nach außen treiben,
wobei diese Öffnungen 45 am unteren Rand des Mantels 40 radial nach außen gerichtet sind. Die Seitenwände
41 des Mantels 40 sind an ihrem unteren Ende durch einen Schirm 46 verbunden, der dazu
beiträgt, daß der Gasstrom durch die Öffnungen 45 nach außen geleitet wird. Die Öffnungen 45 in den
Seitenwänden 41 des Mantels 40 sind, wenn die Tragvorrichtung 42 auf den Rahmen 22 aufgesetzt ist,
über der Unterkantc 26 der Tauchwand 24 angeordnet. Außerdem ist im Inneren der Tauchwand 24 eine
Einlaßsammelleitung 30 für das zu erhitzende Medium und eine Auslaßleitung 32 angeordnet, die
durch Rohrschlangen 31 verbunden sind.
Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß der im Inneren des Tanks 10 montierte Tragrahmen 20
das ganze Konstruktionsgewicht der Tauchwand, des Mantels, der Sammelleitungen und der Rohrschlange
trägt. Die hauptsächliche Forderung, die hinsichtlich der Konstruktion des Tanks gestellt werden muß,
besteht also darin, daß der Boden des Tanks in der Lage sein muß, den Tragrahmen 20 zu tragen, wobei
die senkrechten Wände des Tanks konstruktiv fest genug sein müssen, um eine gewisse Menge Wärmetauschflüssigkeit
aufzunehmen.
Zur Erzeugung eines nach unten und durch die Öffnungen 45 des Mantels 40 nach außen gerichteten
Heizgasstromes weist jeder der Brenner 50 ein Lufteinlaßrohr 51 auf, das zur Luftzufuhr zu den Brennern
50 an eine gemeinsame Sammelstelle 52 angeschlossen ist; die Brenner 50 weisen Brennstoffeinlasse
53 auf, die an eine gemeinsame Brennstoffsammelleitung 54 angeschlossen sind. In den Brennern
findet eine Verbrennung statt, die mit ausreichendem Druck und ausreichender Geschwindigkeit nach
unten in den Schacht (Mantel) gerichtet ist, um praktisch alle Wärmetauschflüssigkeit aus diesem Schacht
bzw. Mantel auszutreiben.
Gemäß der Darstellung in F i g. 5 strömen die durch die öffnungen 45 austretenden Verbrennungsgase
in Form von Blasen entlang den Rohrschlangen 31 beiderseits des Mantels und zwischen dem Mantel
und der Tauchwand 24 nach oben. Aus den F i g. 4 und 5 ist am besten zu erkennen, daß die Rohrschlangen
31 vorzugsweise von Hängestäben 33 getragen werden, die Vorsprünge aufweisen, welche
in der dargestellten Ausführungsform die Gestalt von Querstäben 34 haben; die Stäbe 34 sind an jeweils
zwei Hängestäben 33 festgeschweißt, und auf diesen Stäben 34 ruhen die Rohre. Gemäß der Darstellung
in Fig. 4 tragen die Stäbe 34 Abstandsglieder 34«,
die zwischen den längsverlaufendcn Teilen der Rohre angeordnet sind, um diese im Abstand voneinander
zu halten und einen möglichst großen Wärmeübergang zwischen den Rohren und dem Bad zu erzielen.
Im vorliegenden Fall sind die Hängestäbe an den bereits erwähnten Quertragstäben 44 befestigt.
Da der Heißgas-Wärmeaustauscher besonders zum Erhitzen von verflüssigtem Stickstoff, Methan, Propan,
Naturgas, Wasserstoff, Sauerstoff, Ammoniak usw. anwendbar sein soll, die unterschiedlich niedriue
Temperaturen haben, d.h. zwischen --33 C bei flüssigem Ammoniak und — 25PC bei flüssigem
Wasserstoff, ordnet man die Einlaßsammelleitung 30 für das zu erhitzende Medium vorzugsweise nahe an
den Öffnungen 45 des Mantels 40 an und sieht Mittel vor, die eine Dehnung und Zusammenziehung dieser
Sammelleitung bei diesen sehr verschiedenen Temperaturen ermöglichen. Hierzu ist — was am besten aus
Fig. 2 zu erkennen ist — die Einlaßsammelleitung 30 auf Gleitrollen 35 gelagert, die an den benachbarten
Ständern 21 befestigt sind, so daß die Sammelleitung
30 sich dehnen und zusammenziehen kann. Außerdem ist — was am besten aus F i g. 5 zu erkennen
ist — die Sammelleitung 30 neben einigen der Öffnungen 45 in einer der Seitenwände des Mantels
angeordnet, was dazu beiträgt, daß die Bildung von Eis od. dgl. um die Sammelleitung 30 herum verhindert
wird. Diese Eisbildung wird dadurch verhindert, daß die in der Wärmeaustauschflüssigkeit gebildeten
Gasblasen auf die Sammelleitung auftreffen und eine gewisse Bewegung in die Flüssigkeit bringen. Auf
ähnliche Weise ist die Auslaßsammelleitung 32 in Hängevorrichtungen 36 oder dergleichen gelagert, die
unmittelbar an den Ständern 21 oder an dem Rahmen 22 befestigt sind.
Die Temperatur des aus der Auslaßsammelleitung 32 austretenden Mediums hängt von verschiedenen
Faktoren, wie etwa der Umgebungstemperatur, der Ausgangstemperatur der Wärmeaustauschflüssigkeit,
der in die Einlaßleitung 30 eintretenden Flüssigkeit, der Verbrennungsgeschwindigkeit der Brenner 50
und der Art des Brennstoffes und des Brennstoff-Luft-Gemisches ab. Es hat sich gezeigt, daß im allgemeinen
eine Auslaßtemperatur von etwa 4,4° C erstrebenswert und typisch ist. Im Betrieb werden die
heißen Verbrennungsgase durch den Mantel an eine Stelle unter dem Flüssigkeitsspiegel gebracht, so daß
die Gase unmittelbar in das Wärmeaustauschflüssigkeitsbad eintreten. Die Verbrennung mit hoher Geschwindigkeit
in Verbindung mit der unmittelbaren Berührung erzeugt eine extrem hohe Wärmetauschfläche
in Gestalt von Gasblasen und einer turbulenten Wärmeaustauschflüssigkeit, wodurch sich ein extrem
schneller Wärmeaustausch ergibt. Die äußerst heftige Bewegung; die die Wärmeaustauschilüssigkeit erfährt,
erzeugt in Verbindung mit der normalen Tendenz des Gases zum Aufsteigen eine Zirkulation mit hoher
Geschwindigkeit der Wärnietauschflüssigkeit um die Rohrschlange 31 herum. Aus den Fig. 2, 4 und 5 ist
zu erkennen, daß hierdurch die Flüssigkeit zwischen der Tauchwand und dem Mantel veranlaßt wird, aufzusteigen
und über die Oberkante 27 der Tauchwand nach unten in den Raum zwischen der Tauchwand
und dem Tank 10 einzutreten; gleichzeitig tritt Wärmetauschflüssigkeit unter der Unterkante 26 der
Tauchwand hindurch in das Innere derselben.
Zwischen der Außenseite des Tanks und dem Tragrahmen 20 ist ein Abzugsrohr 55 vorgesehen,
durch das die Verbrennungsgase austreten können, die durch die Rohrschlange 31 und über die Kante 27
der Tauchwand 24 getreten sind.
Um Wiiimcverlusie /11 vermeiden und das Innere
des Tanks zur Wartung und Ruinigung des 'Tanks und/oder der in ihm enthaltenen Elemente erfordcrlichenfalles
zugänglich /u machen, ist ein unterteilter Deckel 60 (s. Fig. 1) vorgesehen, der passend um
das Abzugsrohr 55. die Brenner 50 und die übrigen Leitungen angeordnet ist.
Desgleichen sind zur Füllung und Entleerung des Tanks — wenn eine Reinigung erwünscht ist — Füllleitungen
12 aiii beiden Seiten des Tanks vorgesehen, durch die hinduicii der Tank mit Wärmetauschfiüssigkeil
gefüllt oder gegebenenfalls nachgegefüllt wird; im Tankboden ist ein Ablaufrohr 13 mit einem Ventil
14 angeordnet.
Die vorliegende F.rfindung schafft einen Heißgas-Wärmeaustauscher
der eingangs erwäntcn Art mit hoher Kapazität, der so gestaltet ist, daß er mehrere
Brenner aufweist und eine kompakte Konstruktion darstellt, die sowohl hinsichtlich ihrer Grundfläche
als auch hinsichtlich ihrer Höhe verhältnismäßig wenig Platz beansprucht und dennoch sehr leistungsfällig
ist. Durch die Bauart der Vorrichtung gemäß der iirfindung wird außerdem erreicht, daß sie leicht
zusammenzubauen ist und daß das Innere der Vorrichtung leicht zimämilich ist.
Claims (6)
1. Taucli-I leißgas-W Tu meaustauscher mit einem
Tank zur Aufnahme einer Wärmetauschflüssigkeit, mit einer über dem Tank angeordneten
Hreiinvorrichtung mit abwärts gerichtetem Gasschacht,
durch den die heißen Verbrennungsgase Mrtfmen. um anschließend in die Wärmetauschflüssigkeit
einzutreten, ferner mit einem in der WürmetaiischHüssigkeit angeordneten Rohrschlangens\
stein für das aufzuheizende Medium, wobei die durch die Verbrennungsgase aufgeheizte
YVännetauschflüssigkeit die Rohrschlangen umspült und dadurch das Medium aufheizt, und
wobei in dem Tank Leitplatten für die Wärmeaustausehflüssigkeit angeordnet sind, gekennzeichnet
d u r c h die Vereinigung der nachfolgenden Merkmale:
a) in dem Tank (10) ist ein Gestell (20) angeordnet,
welches außen mit Platten (25) verkleidet ist und zur Aufhängung des im Inneren der durch die Platten (25) gebildeten
Verkleidung befindlichen Rohrschlangensystems (31) dient:
b) auf das Gestell (20) ist eine Tragvorrichtung (42) für mehrere Brenner (50) aufgesetzt,
wobei die Verbrennungsgase mittels eines von der Tragvorrichtung (42) getragenen
Schachtes (Mantel 40) geführt werden, um im Bereich des Bodens des Tanks (10) in die
Wärmetauschfiüssigkeit überzutreten;
c) das Rohrsehlangcnsystem (31) liegt zwischen dem — in bezug auf die Rohrschlangen —
inncnliegenden Schacht (Mantel 40) und den — in bezug auf die Rohrschlangen —
außenliegenden Platten (25), derart, daß das zwischen dem Schacht (Mantel 40) und den
Platten (25) aufsteigende, heiße Gemisch aus Verbrennungsgasen und Wärmetauschfiüssigkeit
das Rohrschlangensystem (31) erhitzt.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (40) unten
durch eine Bodenwand (46) verschlossen ist und der Mantel (40) an seinem unteren Rand einen
Kranz von öffnungen (45) aufweist.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufleitung (30)
für das aufzuheizende Medium nahe bei den genannten Öffnungen (45) angeordnet ist.
4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Abdeckung des
Tanks (10) einen mehrteiligen Deckel (60) aufweist.
5. Wärmeaustauscher nach Anspruch J bis 4.
dadurch gekennzeichnet, daß unter der Zuleitung (30) für das aufzunehmende Medium eine Expansionsrolle
(35) angeordnet ist. die am Traggestell (20) befestigt ist.
6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Tragvorrichtung
(42) Längs- und Querträger (43, 44) aufweist, wobei Hängestäbe (33) zur Auflagerung der
Rohrschlange (31) an mindestens einem der Träger (43. 44) befestigt sind und wobei diese Hängestäbe
(33) Vorsprünge (34) zur Auflagerung der Rohrschlange (31) aufweisen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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